Doğru Akım Alternatif Akım Farkı Nedir?
Doğru Akım Alternatif Akım Farkı, elektrik ve elektronik alanında en temel kavramlardan biridir. Doğru akım (DC), elektronların tek yönde sabit olarak aktığı akım türü iken; alternatif akım (AC) ise elektronların periyodik olarak yön değiştirerek ileri-geri hareket ettiği akım türüdür. Bu temel fark, elektrik enerjisinin üretilmesinden iletimine, dağılımından kullanımına kadar birçok alanda belirleyici rol oynar. Günlük hayatımızda evlerimize gelen elektrik alternatif akım iken, cep telefonu şarj cihazı, pil ve bilgisayar gibi birçok cihaz doğru akım ile çalışır. Bu yazıda doğru akım ve alternatif akım nedir, aralarındaki farklar nelerdir, dalga formları, frekans kavramı, avantaj-dezavantajları ve hangi uygulamalarda hangisinin tercih edildiği gibi tüm önemli konuları detaylı şekilde ele alacağız.
Doğru akım DC ile alternatif akım AC ile gösterilir. AC DC farkı kısaca bahsetmek gerekirse; gerilim kaynakları, yüke bağlı olarak akımı oluşturur. Dolayısıyla akım ve gerilim ilişkisini iyi bilmeden bu tanımları yorumlamak doğru olmaz. Bir devrede hem gerilim hem de akım tipi aynı olmak zorundadır. İkisi de ya doğru akımdır ya da alternatif akımdır.
DC Akım Nedir?
AC DC farkından bahsetmeden önce DC akımdan bahsetmek gerekir. DC, İngilizce’de “Direct Current”, Türkçe’de doğru akım anlamına gelir. Devrenin gerilimi DC ise sabit tip bir gerilim genliği ve değeri vardır. Akım tek yönlü akar. DC devrenin akım ve gerilim formülü aşağıdaki gibidir. “V” veya “U” gerilimi ifade ederken, “I” akımı, R ise yükü temsil eder. Güç sadece aktif güçtür. Yük ise sadece direnç olur. Sabit tip akımda kondansatörler bir açık devre gibi davranırken, bobin ise kısa devre edilmiş bir hat gibi davranır. Doğru akım, yüklerin tek yönlü ve sabit voltajla hareket ettiği bir akım türüdür. Genellikle bataryalar, piller, güneş panelleri ve LED aydınlatmalar gibi sistemlerde kullanılır. Bu akım türünde voltaj dalgalanmaz, sabit kalır.
DC Akım Kullanım Alanları
Güneş panelleri (PV sistemler), elektrikli araçlar ve batarya sistemleri, dizüstü bilgisayarlar, mobil cihazlar, DC akım sınırlayıcı kullanılan hassas devreler olabilir.
![\[V=I.R\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cf35a740d8f100d865d303e2f216e8b1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Farkında olmasak da DC gücü hayatımızın her alanında kullanıyoruz. Örneğin, cep telefonları, televizyonlar, bilgisayarlar gibi elektronik cihazlarda, otomobillerde DC güç kullanılırız. Prizden alınan AC güç, adaptörler vasıtasıyla DC güce çevrilir. Araçlarda ise DC gücü şarj alternatörlerin ürettiği AC enerjiyi DC güce çeviren elektronik devreler vasıtasıyla elde ederiz. Konutlar veya ticari binalarda, acil durum aydınlatması, güvenlik kamerası ve TV sistemleri, otomatik kontrol sistemleri gibi önemli alanlarda DC güç kullanılır. Akım, gerilim, güç, enerji gibi hesaplar AC sistemlere göre daha kolaydır. Ayrıca enerji depolanması DC güçte yapıldığından, DC güç hayatımızda önemli bir rol oynamaktadır.
DC güç aşağıdaki kaynaklardan elde edilir.
- Kimyasal enerji vasıtasıyla batarya ve piller
- Aküler
- Fotovoltaik solar paneller
- AC güçten DC güce çeviren güç elektroniği doğrultucu (rectifier) devreleri ve adaptörler
Alternatif Akım (AC) Nedir?
AC DC farkından bahsetmeden önce AC akımdan bahsetmek gerekir. AC, İngilizce’de “Alternating Current”, Türkçe’de değişken akım anlamına gelir. Genliği ve yönü periyodik olarak değişen elektriksel akımdır. Bu akımın mucidi Nikola Tesla’dır. Geçmişte DC güç yaygın olarak kullanılırken eksik yanlarını fark eden Nikola Tesla, alternatif akımı bulmuştur. Özellikle manyetizma ile döner alan yaratmasından dolayı generatör, motor, transformatör gibi elektrik makinelerinin insanlığa kazandırılmasında ve insanlığın teknolojik olarak gelişmesinde çok önemli bir rol oynamıştır.
Alternatif akım, yönünü belirli aralıklarla değiştiren, sinüzoidal yapıda bir akımdır. Şehir elektriği yani ev ve ofislerimizdeki prizlerde kullandığımız sistem alternatif akımla çalışır. Bu sistem sayesinde enerji uzun mesafelere daha az kayıpla iletilebilir.
Bu akım türünde en çok kullanılan dalga türü sinüsoidal dalgadır. Farklı uygulamalarda üçgen veya kare dalga gibi değişik dalga biçimleri de kullanılmaktadır. Ancak AC güç, sinüsoidal dalga olarak üretilebilmektedir. Üçgen ve kare dalga gibi diğer alternatif akım tipleri, elektronik devreler yardımıyla üretilir. Alternatör diye adlandırılan generatörler, alternatif akımın üretilmesini sağlayan elektrik makineleridir. Bu makineler Faraday Yasası’ndan yararlanarak AC akım üretir. Makinenin rotoru harici bir tahrik yöntemiyle döndürülerek, alternatif döner manyetik alanı ve akısı elde edilir. Çünkü alternatif akımın manyetik alanı ve akısı da alternatiftir. Statorda üç faz olarak sarılmış bobinler ise bu alternatif manyetik akıyı belirli bir açıyla keserek, statordaki bobinlerde alternatif gerilimin indüklenmesine sebep olur.
Üç Faz Akım Hesabı için Tıklayınız.
AC devrenin akım ve gerilim formülü aşağıdaki gibidir. “V” veya “U” gerilimi ifade ederken, “I” akımı, Z ise yükü temsil eder. Güç hem aktif hem de reaktif güç olabilir. Yük ise direnç, kondansatör ve bobinden oluşur. Formülde “R” direnci, “L” bobini, “C” kondansatörü, “w” açısal frekansı ve “t” ise zamanı temsil etmektedir.
![\[u(t)=R\;i(t)\;+\;L\frac{di}{dt}\;+\;\frac1C\int idt.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-55c38b989f2b5b31086fd9d706dd7d56_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[u(t)=U_m\;\sin(wt).\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-4714976fd370104d64715a42126ad19f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Alternatif akımda frekans, periyot, faz, faz farkı, faz açısı gibi kavramlar vardır. Sinüs dalgasının tam bir turu, bir periyot olarak adlandırılır. Frekans ise periyodun tersidir yani sinüs dalgasının saniye başına döngü sayısıdır ve birimi Hertz’dir (Hz). Alternatif akımın veya gerilimin sıfırdan geçerek pozitif değerler almaya başladığı noktanın referans (başlangıç) noktasına göre açı (veya zaman) farkına faz veya faz açısı denir. Faz farkı ise, birden fazla alternatif akım veya gerilim büyüklüğünün (üç fazlı sistemlerde çok kullanılır) sıfır geçiş noktaları arasındaki açı farkına denir. Bu kavram, sadece aynı frekanslı büyüklükler arasında söz konusudur. Alternatif akımda en çok kullanılan büyüklük efektif (etkin) değerdir ve “rms” olarak sembolize edilir. Bu değer, alternatif akım değerinin DC değerine eş değerinin hesaplarda kullanılması için gereklidir. Örneğin bir akım 10 A DC olsun, alternatif akımda ise 10sinwt olarak düşünürsek burada akımın tepe değeri 10 A’dir. Sürekli 10 A değerini almayacağı için DC eş değeri tam olarak 10 A olarak hesaplarda kullanılmaz, değer biraz daha az olur. Efektif değer aşağıdaki formülle hesaplanır.
![\[U_{eff}\;=\frac{U_m}{\sqrt2}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f270c3ea2c9aed5f9f85d5d91ba16d82_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Alternatif akımda işlemler fazörel olarak yapılır. Genlik ve açıya bağlı olarak sinüsoidal büyüklükler fazörlerle gösterilerek hesaplamaların yapıldığı çözüm alanına fazör domen (frekans domeni, w- domeni) denir.
Alternatif Akım Hangi Alanlarda Kullanılır?
Dünyada tüm toplumlar elektrik alternatif gücü üç fazlı olarak üretir, iletir ve dağıtır. Alternatif akımın frekansı farklı olabilir. Genelde Avrupa, Asya ve Afrika ülkeleri (Suudi Arabistan hariç) 50 Hz frekanslı alternatif akım kullanırken, Kuzey ve Güney Amerika’da 60 Hz kullanılır. Senkron ve asenkron motorlar alternatif akım üretirler ancak alternatif depolanamamaktadır.
Transformatörler alternatif gerilimin değerini başka bir gerilime dönüştürürken elektrik motorları ise alternatif akımı kullanarak mekanik enerji üreterek insanlığın gelişmesine katkıda bulunurlar. Bu üç makine tipinin alternatif akımı kullanmasının sebebi, alternatif manyetik alan veya akı ihtiyacına, başka bir değişle reaktif güce ihtiyaç duymalarıdır. Çünkü DC akımda sadece aktif güç vardır. Ancak alternatif akımda hem aktif hem de reaktif güç bulunmaktadır. Makinelerin yapısı gereği reaktif gücü kullanarak elektrik üretir, gerilim çevirir veya mekanik enerji elde edebilir.
Evlerimize gelen güç de tek fazlı alternatif güçtür. Aynı şekilde elektrik makineleri haricinde alternatif gücü kullanan bazı diğer elemanlar armatürler, aydınlatma ekipmanları, enerjinin uzun mesafelerde iletilmesinde kullanılan enerji iletim hatları, çamaşır makineleri, fırın, buzdolabı gibi ev cihazları örnek verilebilir. Ev prizleri ve şebeke sistemleri, sanayi tipi motorlar, jeneratörler, trafo ve iletim hatları, ev içi kaçak akım korumalarında (örneğin legrand kaçak akım rolesi) kullanılabilir.
Doğru Akım Alternatif Akım Farkı
Doğru Akım Alternatif Akım Farkı en belirgin şekilde akımın yönünde görülür. Doğru akımda akım her zaman aynı yönde akar ve voltaj seviyesi genellikle sabittir. Alternatif akımda ise akım ve gerilim belirli bir frekansta (Türkiye’de 50 Hz) sürekli olarak pozitiften negatife, negatiften pozitife doğru değişir. Bu periyodik değişim, alternatif akımın sinüs dalgası şeklinde temsil edilmesine neden olurken, doğru akım düz bir çizgi olarak gösterilir.
Alternatif akımın en büyük avantajı, transformatörler sayesinde gerilimin kolayca yükseltilip düşürülebilmesidir. Bu sayede elektrik enerjisi yüksek gerilimde uzun mesafelere düşük kayıpla iletilebilir. Doğru akımda ise gerilim dönüşümü daha zordur ve maliyetlidir. Bu nedenle elektrik şebekelerinde ve uzun mesafe iletim hatlarında alternatif akım tercih edilir. Öte yandan doğru akım, voltajın sabit olması sayesinde elektronik devrelerde ve hassas cihazlarda daha stabil çalışma sağlar.
Günümüzde doğru akım alternatif akım farkı, yenilenebilir enerji sistemlerinde de önem kazanmıştır. Güneş panelleri ve bataryalar doğru akım üretirken, bu enerjiyi evlerde kullanmak için inverter cihazları ile alternatif akıma dönüştürülür. Bunun yanı sıra elektrikli araçlar, LED aydınlatma, bilgisayarlar ve iletişim cihazlarının büyük çoğunluğu doğru akım ile çalışır. Alternatif akım ise ev tipi prizlerden fabrika motorlarına kadar geniş bir alanda kullanılır.
Sonuç olarak, doğru akım ve alternatif akım hiçbir zaman birbirinin yerine tamamen geçemez. Her ikisinin de kendine özgü güçlü ve zayıf yönleri vardır. Elektrik mühendisliği projelerinde doğru seçim yapmak için Doğru Akım Alternatif Akım Farkı’nı iyi anlamak gerekir. Bu farkı bilmek, hem elektrik güvenliği hem de enerji verimliliği açısından büyük önem taşır.
![\[I'_k\;=\frac{\displaystyle\frac{c\;U_n}{\sqrt3}}{(Z_{QT}+Z_{TK}+Z_L)}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e15210d2bb01453307aac797cf52baf5_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_0=I_1=I_2=\frac{V_H}{(Z_0+Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-654968fc53e29b1e806acd7201e037c4_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_a=\frac{3V_H}{(Z_0+Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-02f966a21cee320fa59ea755759043b1_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_0=0.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-dc285ccc3de79fad8f9fcd54a07631d9_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_1=-I_2=\frac{V_H}{(Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-3d39816b26642dcf1b46bee11d0b0812_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_b=-I_c=\frac{j\sqrt3V_H}{(Z_1+Z_2)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c51a9882054ce35ab9cd33d0871f7c98_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I_a=-I_b=j\sqrt3\frac{V_H\;(Z_0-a^2Z_1)}{Z_1(Z_1+2Z_0)}.\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-88401b2437c25f2f067f48a8f6237f0e_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[a=1\angle120^\circ\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d5a93df2156aa8cc9282e58ca58012bf_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[a^2=1\angle240^\circ\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-81f86a0c0c68475a97a6a2f6f1ed6ecc_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[\begin{bmatrix}V_a\\V_b\\V_c\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1&1&1\\1&a^2&a\\1&a&a^2\end{bmatrix}\begin{bmatrix}V_0\\V_1\\V_2\end{bmatrix}\\\\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-52401a9099996460096c0c031808c70f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[\begin{bmatrix}V_0\\V_1\\V_2\end{bmatrix}=\frac13\begin{bmatrix}1&1&1\\1&a&a^2\\1&a^2&a\end{bmatrix}\begin{bmatrix}V_a\\V_b\\V_c\end{bmatrix}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ee9ce8d128f6ecc43a60498ec47a8827_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[\begin{bmatrix}I_a\\I_b\\I_c\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}1&1&1\\1&a^2&a\\1&a&a^2\end{bmatrix}\begin{bmatrix}I_0\\I_1\\I_2\end{bmatrix}\\\\\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e29d9d29af9c3be4d87a82b1e1f75362_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[\begin{bmatrix}I_0\\I_1\\I_2\end{bmatrix}=\frac13\begin{bmatrix}1&1&1\\1&a&a^2\\1&a^2&a\end{bmatrix}\begin{bmatrix}I_a\\I_b\\I_c\end{bmatrix}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-bd792d70f8e711ff2dcf5646e7eaaf8f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I^{''}k=2\sqrt2\;I_k\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-952f5f4310a5d74ac3ae375cb861233e_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[I^{''}k=K\sqrt2\;I_k\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cfb9b16bfb4d7e52c17906bca874baa0_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[V_f=\frac{c\;U_n}{\sqrt3}\]](https://www.electricistanbul.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6abc460920344acacc214275c5f50575_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
